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FACULTAD DE INGENIERA CIVIL DEPARTAMENTO ACADMICO DE LABORATORIO E HIDROLOGA

CURSO : MECNICA DE FLUIDOS II

SECCIN : J

DOCENTE : Ing. Julio Kuroiwa.

ALUMNOS : CASHPA CAPCHA, Ruddy Andre

DAZ MUNGUA, talo Arturomanuel

CALLE, Fran

Lima, 03 de noviembre de 2014

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NDICE

1. RESUMEN....................................................... 3

2. INTRODUCCIN........... 4

3. MATERIALES Y EQUIPOS. 5

4. PROCEDIMIENTO 7

5. CLCULOS Y DISCUSIONES......... 9

6. CONCLUSIONES........... 17

7. BIBLIOGRAFA........... 18

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RESUMEN

En el presente laboratorio se explica de forma experimental lo que ocurre cuando se varan las pendientes del canal, lo cual implica una variacin de la energa especifica esto para una descarga constante, esta variacin ser representada grficamente donde se puede observar claramente de la existencia de una mnima energa especfica para un determinado tirante (tirante crtico). Esto significa que para un tirante dado el flujo de agua se desplaza con una mnima energa, lo que interesa desde el punto de vista de optimizar la eficiencia del canal al momento de disear.

La segunda parte de la experiencia en laboratorio comprende la aplicacin de la conservacin de la momenta para estudiar el salto hidrulico en un canal rectangular de carga constante, parecido al de la energa especfica. Se relacionan tirantes versus momenta y se aprecia una grfica con una momenta mnima para un tirante dado, calculado en detalle despus.

La conservacin de la momenta se usa para determinar en tirante luego del salto hidrulico como se observar ms adelante, que tambin fue medido en el laboratorio, con lo cual se podr comprobar estos dos datos (terico y real).

Para culminar se realizan determinadas conclusiones en base a lo que se obtenga con los daros tomados de laboratorio y se dan algunas recomendaciones que implican la toma de datos de laboratorio y los clculos respectivos.

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INTRODUCCIN

Por definicin, un canal abierto es un conducto para flujos en la cual tiene superficie libre, la superficie libre es esencialmente un interface entre dos fluidos de diferente densidad, separados por efectos de gravedad y distribucin de presiones. Los flujos son casi siempre son turbulentos y no son afectados por tensin superficial en el caso del agua.

Un ejemplo particular de la aplicacin de la ecuacin de energa se presenta cuando la energa est referida al fondo de la canalizacin, toma el nombre de energa especfica en canales. Para un caudal constante, en cada seccin de una canalizacin rectangular, obtenemos un tirante y un valor de energa especfica, movindose el agua de mayor a menor energa con un gradiente, en este caso, coincidente con la pendiente de energa.

De forma analtica se puede llegar a predecir el comportamiento del agua en el canal rectangular, sin embargo la observacin del fenmeno es ahora de mayor importancia y toda conclusin estar ligada al experimento.

El salto hidrulico es un fenmeno producido en el flujo de agua a travs de un canal cuando el agua discurriendo en rgimen supercrtico pasa al rgimen subcrtico. Tiene numerosas aplicaciones, entre las cuales se citan:

La disipacin de energa en aliviaderos.

Como dispositivo mezclador, en las plantas de tratamiento de agua.

Como cambiar de rgimen se tiene antes del resalto un tirante pequeo y despus del resalto un tirante mayor, se establece una relacin de fuerzas debido a la presin y al flujo, esto se denomina fuerza especifica en la seccin, al inicio y al final del resalto hidrulico.

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MATERIALES Y EQUIPOS

Canal Hidrulico, por donde fluyen aguas arriba hacia aguas abajo y posee pendiente regulable.

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Carrito porta limnmetro de puntas, compuesto por tres rieles para desplazarse sobre una viga tubular que constituye el conducto de

alimentacin.

Vertedero triangular para poder determinar el caudal del sistema.

Limnmetro, para determinar la altura de agua que discurre por el vertedero usado de acuerdo a la tabla correspondiente de Q vs h.

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PROCEDIMIENTO

Fijar la pendiente del canal.

Verificar la calibracin del limnmetro.

Abrir la llave de compuerta para circular agua en el canal.

Si considera necesario ver condiciones de entrada del flujo.

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Medir el caudal de agua que est circulando despus de haber transcurrido cierto tiempo para la estabilizacin del flujo.

Determinar la lectura del fondo de la canalizacin y otra lectura en la superficie de agua, con ayuda del limnmetro de punta. Por diferencia de lecturas se obtiene el tirante de agua en la seccin.

Repetir el paso anterior para distintas pendientes, con el cual se obtendrn distintos valores de tirante, por encima de una valor crtico denominado tirante crtico, cuando el rgimen es subcrtico; y por debajo, si el rgimen es supercrtico.

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RESULTADOS Y DISCUSIN

Clculo del caudal

Para un vertedero triangular, el caudal est dado por la relacin entre dicho Q y la altura h medida mediante el limnmetro del vertedero. Dicha relacin se presenta en la siguiente tabla:

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Para h= 280.5 mm = 28.05 cm

Interpolando de la tabla: Q = 28.835 l/s

Clculo del tirante crtico y energa especifica mnima

Se muestra la siguiente tabla donde se ha calculado el tirante de agua para diferentes pendientes (S).

S% COTAS O ELEVACIN TIRANTE

SUPERFICIE (cm) FONDO(cm)

0.2 23.32 9.72 13.6

0.4 19.44 9.72 9.72

0.6 18.58 9.72 8.86

19 0.8 18.05 9.72 8.33

1.0 17.14 9.72 7.42

1.2 16.79 9.72 7.07

1.4 16.65 9.72 6.93

2.0 16.48 9.72 6.76

Usando las ecuaciones:

= ;donde b = 0.25 m

= +2

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TIRANTE Y (cm) REA (m2) ENERGA ESPECFICA

13.6 0.034 13.6012464

9.72 0.0243 9.72174395

8.86 0.02215 8.86191323

8.33 0.020825 8.33203496

7.42 0.01855 7.42228453

7.07 0.017675 7.07239763

6.93 0.017325 6.93244606

6.76 0.0169 6.76250758

Clculo de la Momenta mnima.

Usando las ecuaciones para el caudal determinado:

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TIR

AN

TE(c

m)

TIRANTE y(cm)

rea(m2)

Momenta(cm3)

12,3 0,03075 0,552

11,05 0,027625 0,556

9,19 0,022975 0,591

8,4 0,021 0,619

7,91 0,019775 0,642

7,5 0,01875 0,665

CURVA DE LA MOMENTA

16

14

12

10

8

6

4

2

0

0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700

MOMENTA(cm)

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CONCLUSIONES

CONCLUSIONES

Para un caudal de 33.07 L/s y para el canal rectangular tenemos un tirante

crtico=12.13 cm y la energa especifica mnima es 18.195 cm.

En el salto hidrulico la relacin de los tirantes se puede calcular de

dos maneras deferentes, tales como directamente de los datos de laboratorio

(una simple divisin) o como una funcin del nmero de Froude con lo cual se

puede comparar estos dos resultados y los cuales deben ser iguales pero en

nuestro caso son muy cercanos y el error relativo lleg desde 2 al 33%.

La momenta mnima es de 0.552 cm3.

Cuando se presente mayor pendiente el error relativo de la relacin de tirantes

es menor.

RECOMENDACIONES:

Es recomendable tomar las medidas de los tirantes despus del salto en la

primera seccin transversal donde se produzca un escaso burbujeo.

Se recomienda tomar las medidas de los tirantes a un nivel medio puesto que la

superficie tiende a oscilar.

Se recomienda que a la entrada de canal se coloque un disipador de energa

con el fin de obtener u n flujo uniforme.

Se debe medir con mucha rapidez y cuidado los tirantes (subcrtico,

supercrtico) a fin de evitar errores, dado que el tirante en el flujo subcrtico

aumenta al pasar el tiempo, debido a que el agua se llena en el canal.

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BIBLIOGRAFA

Gua de Laboratorios de Mecnica de Fluidos 2: Universidad Nacional de

Ingeniera Civil.

ROCHA, Arturo. Hidrulica de Tuberas. 1. Edicin. Universidad Nacional de

Ingeniera, Facultad de Ingeniera Civil. Lima, 2008. ISBN 978-603-45110-0-2

MOTT, Robert. Mecnica de fluidos aplicada. 4. Ed. Mxico: Prentice-Hall,

1996. 580 p. ISBN 968-880-542-4.

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BIBLIOGRAFA

Gua de Laboratorios de Mecnica de Fluidos 2: Universidad Nacional de

Ingeniera Civil.

ROCHA, Arturo. Hidrulica de Tuberas. 1. Edicin. Universidad Nacional

de Ingeniera, Facultad de Ingeniera Civil. Lima, 2008. ISBN 978-603-

45110-0-2

MOTT, Robert. Mecnica de fluidos aplicada. 4. Ed. Mxico: Prentice-Hall,

1996. 580 p. ISBN 968-880-542-4.